無功補償及消諧裝置在工廠供電系統中的應用分析

徐亮

摘 要：受大規模使用的工廠非線性負載影響，工廠配電系統往往會受到無功電壓分量和諧波電流的影響，基于此，本文分析了低功率因素、諧波對工廠供電系統的危害，并詳細論述了工廠供電系統的無功補償應用、工廠供電系統的消諧裝置應用，希望由此能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

關鍵詞：無功補償 工廠供電系統 消諧裝置

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（a）-0034-02

受電力電子技術不斷完善影響，近年來我國工廠供電系統的中感性負載容量不斷提升，供電功率因素下降、高次諧波作用等情況也因此廣泛出現，供電電壓和電流因此出現的嚴重畸變，往往會直接影響用電設備的工作狀態，而為了盡可能消除這類不良影響，文章圍繞無功補償及消諧裝置在工廠供電系統中應用，開展具體研究探討問題的原因所在。

1 低功率因素、諧波對工廠供電系統的危害

1.1 低功率因素危害

由電機將電能轉換為工作動力能源屬于工廠多數設備的運行原理，但電機的電感特性卻會導致能量轉換過程中大量無功能力和諧波電流的產生，由此引發的電磁環境惡化，往往會直接影響供電質量與工程供電電能的綜合性能，系統銅耗增加、系統調壓穩壓性降低等危害也往往會因此出現，具體危害如下所示：

（1）系統銅耗增加。

大量高次諧波電流會直接增加供電系統容量，由此引發的電能浪費、供電線路與供電設備銅耗增加必須得到關注。一般情況下，工廠供電系統功率因素為0.9時，系統銅耗大約為120左右，而當其功率因素為0.5時系統銅耗則變為400左右，由此可較為直觀了解低功率因素的危害。

（2）系統調壓穩壓性降低。

在系統供電容量不變的前提下，無功功率降低及電流上升將導致電壓畸變波動的發生，系統調壓穩壓性能下降往往因此出現，工廠產品的生產效率、質量也會因此大幅下降，而嚴重時導致的系統崩潰往往會引發較為嚴重的經濟損失[1]。

1.2 諧波危害

工廠高次諧波的產生與基于電力電子技術的晶閘管等整流裝置大量使用存在一定聯系，而結合近年來業界開展的相關研究與實踐探索不難發現，高次諧波往往會對工廠旋轉電機、電力設備、通信造成影響，具體影響如下所示：

（1）旋轉電機。

諧波電流將引發附加損耗，電機旋轉磁場與諧波電流的相互作用還會導致較大噪聲與諧波過電壓的出現。

（2）電力設備。

變壓器渦流損耗、磁滯損耗均源于諧波電壓的影響，銅損則會導致變壓器實際使用容量下降。

（3）通信。

諧波通過電磁感應、電容耦合、電氣傳導等方式感應到通信線路上，通信系統便會因此受到一定干擾，無法正常通信、通信數據丟失屬于這類干擾的主要表現。

2 工廠供電系統的無功補償應用

2.1 使用電力電容器

使用電力電容器屬于較為常見的工廠無功補償方式，這里的電力電容器也可以稱為移相電容器和靜電電容器，使用電力電容器的無功補償可細分為低壓分組補償、個別補償和高壓集中補償，具體應用如下所示：

（1）低壓分組補償。

在工廠車間配電室安裝電力電容器屬于低壓分組補償的主要方式，而在保護裝置和低壓開關的支持下，無功補償將實現自動控制并具備較高經濟性。值得注意是在低壓用電設備和配電箱附近安裝無功補償設備能夠實現個別補償與分組補償的混合使用，無功補償的有效性將得到更好保障。

（2）個別補償。

直接連接電容器與電動機的引出線端，即可實現工廠供電系統的個別補償，保證電力電容器安裝位置的合理性，同時避免安裝于逆運行電動機、電力裝置輸出端、高次諧波含量過多等處，即可最大化個別補償效用發揮，合理選擇電力電容器容量并保證其產品質量也必須得到關注。

（3）高壓集中補償。

在工廠總降壓變電所低壓側60-10kV目標安裝電力電容器屬于高壓集中補償的主要應用方式，安裝簡單屬于該補償方式的主要特點，但經濟性較差、無法解決工廠內部配電系統無功功率問題屬于高壓集中補償存在的不足[2]。

2.2 提高自然功率因素

提高自然功率因素同樣可較好滿足工廠供電系統的無功補償需要，這里的自然功率因素提高需關注生產運行過程中的超負荷運行工況，并由此合理選擇電動機與變壓器，具體應用如下所示：⑴合理選擇電動機。電動機的合理選擇直接關系設備功率的提升，因此相關人員必須充分考慮電動機的型號、規格、容量以及滿載運行狀態，電動機的機械性能、電氣指標也需要得到關注，如工廠某環節使用的電動機負荷始終處于較低水平，便可以選擇容量相對較小的電動機提高工廠供電系統的自然功率因素。⑵合理選擇變壓器。考慮到變壓器消耗的無功功率因素往往占整個供電系統的25%，變壓器控制運行狀態無功功率則占總數的80%，因此工廠必須關注變壓器容量、臺數、運行方式選擇的合理性，以此保證最優的變壓器選擇能夠更好滿足工程供電系統無功補償需要。

3 工廠供電系統的消諧裝置應用

3.1 加裝濾波器

無源濾波器、有源濾波器、混合濾波器均屬于較為典型的工廠供電系統消諧裝置應用，具體應用思路如下所示。

（1）加裝無源濾波器。

因成本較低，無源濾波器在我國工廠供電系統領域存在較為廣泛應用，通過電阻、電抗器、電容器組成并聯低阻通路屬于較為典型的應用，一般還需要將電容元件、電感元件通過并聯安裝于整流器輸入端，電容元件主要負責將直流電壓維持在穩定水平，其具備降低直流側紋波的作用，而電感元件則能夠實現整流過程的脈沖直流降低的作用。

（2）加裝有源濾波器。

諧波注入電路、交直流逆變橋屬于有源濾波器的基本構成，由此有源濾波器的應用便能夠通過產生一個與負載電流相反的諧波電流實現諧波影響的消除，但投資相對較高、體積較大，使得有源濾波器的實際應用存在一定限制。

（3）混合濾波器。

APF和PF串聯后接入電網、串聯APF和并聯PF混合、并聯APF和并聯PF混合均屬于較為典型的混合濾波器組合，良好的可控性、優秀的響應速度屬于混合濾波器的主要特點，較強的動態補償能力、較高的自適應能力也使得混合濾波器具備廣闊的應用與發展前景。

3.2 應用主動型諧波抑制技術

加裝濾波器屬于典型的被動型諧波抑制技術，而應用主動型諧波技術同樣能夠滿足工廠供電系統的消諧需要，多脈動整流、脈寬調制、多電流變流等技術均屬于較為典型的主動型諧波抑制技術，如其中的多脈動整流技術便能夠將方波的電壓或電流波形疊加獲得理想波形，脈寬調制技術則能夠通過傅里葉級數實現諧波和基波的控制。在主動型諧波抑制技術的應用中，SVC動態無功補償及消諧裝置便屬于其中典型，該裝置不僅能夠實現工廠供電系統供電裕度的增加、供電電能質量水平的提高，還能夠實現供電系統功率因素的改善，由此可見工廠供電系統無功補償與消諧裝置應用具備緊密聯系。

4 結語

綜上所述，無功補償及消諧裝置可較好服務于工廠供電系統，在此基礎上，本文涉及的使用電力電容器、提高自然功率因素、加裝濾波器、應用主動型諧波抑制技術等內容，則提供了可行性較高的工廠供電系統安全、穩定、高效運行思路，而為了進一步提升無功補償及消諧裝置的應用效果，SVC動態無功補償及消諧裝置等先進設備的研發與應用應該得到關注。

參考文獻

[1] 司馬文霞，陳莉珺，楊慶，等.gto控制阻尼電阻脈沖投入的鐵磁諧振控制[J].高電壓技術，2014（5）：1520-1529.

[2] 李義安，張迪.無功補償及消諧裝置在煤礦供電系統中的應用[J].能源與節能，2014，11：156-157.